CN109203479A - 用于先进增材制造的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于动态地适应零件的增材制造的制造计算机装置。所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器。所述至少一个存储器装置存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括第一构建参数的一个或多个值。所述处理器被编程来：接收机器构建所述零件的传感器信息；对于所述多个几何形状的每个几何形状，将传感器信息与所述第一构建参数的对应的一个或多个值比较，以确定一个或多个差；基于所述一个或多个差为每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个值；以及生成用于所述零件的更新的构建文件，所述更新的构建文件包括所述第二构建参数的一个或多个值。

Description

用于先进增材制造的系统和方法
技术领域
本公开的领域大体上涉及增材制造，并且更具体地，涉及用于动态地适应零件(part)、构建(build)或两者的增材制造的系统和方法。
背景技术
许多增材制造系统(也称作三维(3D)打印机)通过逐层的过程生成三维物体。所述系统基于计算机控制通过放置材料的连续层生成物体。至少一些增材制造系统包括堆积粉末状材料以制成部件。此方法可由昂贵材料在经缩减成本和改进制造效率下产生复杂部件。例如直接金属激光熔融(DMLM)系统的至少一些已知增材制造系统使用激光装置及例如但不限于粉末状金属的粉末材料来制造部件。激光装置生成激光束，所述激光束使激光束入射到粉末材料上的区域中和区域周围的粉末材料熔融，从而产生熔体池。在一些已知的DMLM系统中，部件质量可能受到在熔体池内由激光装置传递到金属粉末的过量的热和/或热的变化影响。
在一些已知的DMLM系统中，部件表面质量特别是悬垂表面或面向下的表面归因于粉末状金属与部件的周围固态材料之间的传导热传递的变化而降低。结果，可产生局部过热，特别是在悬垂表面处。由激光装置产生的熔体池可能变得太大，导致熔化金属扩散到周围的粉末状金属中，并且熔体池更深地穿透到粉末床中，使额外的粉末吸入熔体池中。增大的熔体池尺寸和深度以及熔化金属的流动通常可导致悬垂表面或面向下的表面的不良表面光洁度。
在制造过程中基于多种因素，在材料变化和材料施加还可能出现其它问题，这可能导致物体不可使用。
发明内容
在一方面，提供了一种用于动态地适应零件的增材制造的制造计算机装置。所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器。所述至少一个存储器装置存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括第一构建参数的一个或多个值。所述制造计算机装置被配置成：接收机器使用所述构建文件构建所述零件的传感器信息；对于所述多个几何形状的每个几何形状将传感器信息与所述第一构建参数的对应的一个或多个值比较，以确定一个或多个差；基于所述一个或多个差对于每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个值；以及生成用于所述零件的更新的构建文件，所述构建文件包括对于所述第二构建参数的一个或多个值。
在另一方面，提供了一种用于动态地适应零件的增材制造的方法。使用制造计算机装置实施所述方法。所述制造计算机装置包括与存储器通信的处理器。所述方法包括：存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括第一到的一个或多个值；接收机器使用所述构建文件构建所述零件的传感器信息；对于所述多个几何形状的每个几何形状将传感器信息与所述第一构建参数的对应的一个或多个值比较，以确定一个或多个差；基于所述一个或多个差对于每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个值；生成用于所述零件的更新的构建文件，所述构建文件包括对于所述第二构建参数的一个或多个值；以及将更新的构建文件传输到所述机器。
在又一方面，提供了一种用于动态地适应零件的增材制造的系统。所述系统包括：增材制造机器，所述增材制造机器被配置成基于构建文件构建所述零件；多个传感器，所述多个传感器被配置成监测所述零件的构建；以及制造计算机装置，所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器。所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器，所述制造计算机装置被配置成：存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括第一构建参数的一个或多个值；接收来自所述多个传感器的由所述增材制造机器使用所述构建文件构建所述零件的传感器信息；对于所述多个几何形状的每个几何形状比较传感器信息与所述第一构建参数的对应的一个或多个值，以确定一个或多个差；基于所述一个或多个差对于每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个值；生成用于所述零件的更新的构建文件，所述构建文件包括对于所述第二构建参数的一个或多个值；以及将更新的构建文件传输到所述增材制造机器。
在再一方面，提供了一种用于动态地适应零件的增材制造的制造计算机装置。所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器。所述至少一个存储器装置存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括一个或多个构建参数。所述制造计算机装置被配置成：接收来自正进行所述零件构建的正被构建的第一几何形状的传感器信息；基于所述传感器信息确定对所述第一几何形状的一个或多个构建参数的一个或多个调节；识别多个几何形状的待被构建的与所述第一几何形状相似的一个或多个后续几何形状；以及基于所述一个或多个调节，调节所述一个或多个后续几何形状的一个或多个构建参数。
在又一方面，提供了一种用于动态地适应零件的增材制造的方法。使用制造计算机装置实施所述方法。所述制造计算机装置包括与存储器通信的处理器。所述方法包括：存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括一个或多个构建参数；接收来自正进行所述零件的构建的正被构建的第一几何形状的传感器信息；基于所述传感器信息确定对所述第一几何形状的一个或多个构建参数的一个或多个调节；识别所述多个几何形状的待被构建的与所述第一几何形状相似的一个或多个后续几何形状；基于所述一个或多个调节，调节所述构建文件中所述一个或多个后续几何形状的一个或多个构建参数；以及将经调节的构建文件传输到当前正制造所述零件的机器。
在再一方面，提供了一种用于动态地适应零件的增材制造的系统。所述系统包括：增材制造机器，所述增材制造机器被配置成基于构建文件构建所述零件；多个传感器，所述多个传感器被配置成对构建所述零件进行监测；以及制造计算机装置，所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器。所述制造计算机装置被配置成：存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括一个或多个构建参数；接收来自所述多个传感器的正进行所述零件的构建的正被构建的第一几何形状的传感器信息；基于所述传感器信息确定对所述第一几何形状的一个或多个构建参数的一个或多个调节；识别所述多个几何形状的待被构建的与所述第一几何形状相似的一个或多个后续几何形状；基于所述一个或多个调节，调节所述构建文件中所述一个或多个后续几何形状的一个或多个构建参数；以及将经调节的构建文件传输到所述增材制造机器。
在用于动态地创建或修改用于制造零件的增材制造构建的至少一部分的装置的另一方面，其中，所述装置可与使用一个或多个构建参数的一个或多个增材制造机器直接或间接地通信，所述装置可以被配置成：分析有关零件的多个构建信息，其中，所述构建信息的部分与关于零件的预先存在的数据有关，并且其中，构建信息的部分与关于零件的为非预先存在的数据的数据有关；评估预先存在的数据和非预先存在的数据之间的一个或多个差是否导致与零件、增材制造构建或两者的偏差或对其的改进；基于对一个或多个差的评估，自动地创建或修改零件的一个或多个构建参数、增材制造构建的至少一部分或其组合。所述评估可包括虚拟控制回路，所述回路可以是迭代的。在一些实施例中，非预先存在的数据可包括测量数据，例如在零件的增材制造构建期间由增材制造机器测量的数据。非预先存在的数据可以是有益的。在一些实施例中，预先存在的数据可包括测量的数据，例如在零件的增材制造构建期间由增材制造机器测量的数据。所述装置可以被配置成在零件正由一个或多个增材制造机器构建时，创建或修改零件的一个或多个构建参数、增材制造构建的至少一部分或其组合。所述装置还可包括通信部件，所述通信部件用于将零件的创建或修改的一个或多个构建参数、增材制造构建的至少一部分或其组合传送到一个或多个增材制造机器。
技术方案1.一种用于动态地适应零件的增材制造的制造计算机装置，所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器，所述至少一个存储器装置存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括第一构建参数的一个或多个值，所述制造计算机装置被配置成：
接收机器使用所述构建文件构建所述零件的传感器信息；
对于所述多个几何形状的每个几何形状，将传感器信息与所述第一构建参数的对应的一个或多个值比较，以确定一个或多个差；
基于所述一个或多个差为每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个值；以及
生成用于所述零件的更新的构建文件，所述更新的构建文件包括所述第二构建参数的一个或多个值。
技术方案2.根据技术方案1所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
使用所述更新的构建文件，接收来自所述零件的后续构建的后续传感器信息；
对于所述多个几何形状的每个几何形状，将所述后续传感器信息与所述第二构建参数的对应的一个或多个值比较，以确定一个或多个另外的差；
基于所述一个或多个另外的差，对每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个更新值；
对所述零件生成进一步更新的构建文件，所述进一步更新的构建文件包括所述第二构建参数的一个或多个更新值；以及
将所述进一步更新的构建文件传输到所述机器。
技术方案3.根据技术方案1所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
接收来自所述机器的对所述第一构建参数的一个或多个实时调节，其中，所述一个或多个实时调节由所述机器在构建所述零件时做出；以及
基于所述一个或多个差和所述一个或多个实时调节，对每个几何形状确定所述第二构建参数的所述一个或多个更新值。
技术方案4.根据技术方案1所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成分析所述构建文件以确定构成所述构建文件的多个几何形状。
技术方案5.根据技术方案4所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
比较所述多个几何形状，以确定相似的几何形状的至少一个子集；
为所述几何形状的子集之一确定所述第二构建参数的一个或多个更新值；以及
将所确定的一个或多个更新值应用到所述更新的构建文件中几何形状的子集的每次出现。
技术方案6.根据技术方案1所述的制造计算机装置，其中，所述第一构建参数包括期望的熔体池尺寸和期望的熔体池温度分布中的至少一个，并且其中，所述第二构建参数包括激光装置的功率和激光装置的扫描速度中的至少一个。
技术方案7.根据技术方案1所述的制造计算机装置，其中，所述更新的构建文件包括具有所述第一构建参数的构建文件和包括所述第二构建参数的变化文件。
技术方案8.根据技术方案1所述的制造计算机装置，其中，所述传感器信息从以下的至少一个接收：光电倍增管、光电二极管、红外相机、光电耦合装置(CCD)相机、CMOS相机、高温计或高速可见光相机。
技术方案9.根据技术方案1所述的制造计算机装置，其中，所述机器是配置成基于所述构建文件构建所述零件的增材制造机器。
技术方案10.一种用于动态地适应零件的增材制造的方法，所述方法通过制造计算机装置来实施，所述制造计算机装置包括与存储器通信的处理器，所述方法包括：
存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括第一构建参数的一个或多个值；
接收机器使用所述构建文件构建所述零件的传感器信息；
对于所述多个几何形状的每个几何形状，将传感器信息与所述第一构建参数的对应的一个或多个值比较，以确定一个或多个差；
基于所述一个或多个差为每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个值；
生成用于所述零件的更新的构建文件，所述更新的构建文件包括所述第二构建参数的一个或多个值；以及
将所述更新的构建文件传输到所述机器。
技术方案11.根据技术方案10所述的方法，其还包括：
使用所述更新的构建文件接收来自所述零件的后续构建的后续传感器信息；
对于多个几何形状的每个几何形状，将所述后续传感器信息与所述第二构建参数的对应的一个或多个值比较，以确定一个或多个另外的差；
基于一个或多个另外的差为每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个更新值；
生成用于所述零件的进一步更新的构建文件，所述进一步更新的构建文件包括所述第二构建参数的一个或多个更新值；以及
将所述进一步更新的构建文件传输到所述机器。
技术方案12.根据技术方案10所述的方法，其还包括：
接收来自所述机器的对所述第一构建参数的一个或多个实时调节，其中，所述一个或多个实时调节由所述机器在构建所述零件时做出；以及
基于所述一个或多个差和所述一个或多个实时调节为每个几何形状确定所述第二构建参数的一个或多个更新值。
技术方案13.一种用于动态地适应零件的增材制造的系统，所述系统包括：
增材制造机器，所述增材制造机器被配置成基于构建文件构建所述零件；
多个传感器，所述多个传感器被配置成监测所述零件的构建；以及
制造计算机装置，所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器，所述制造计算机装置被配置成：
存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括第一构建参数的一个或多个值；
接收来自所述多个传感器的由所述增材制造机器使用所述构建文件构建所述零件的传感器信息；
对于所述多个几何形状的每个几何形状，将传感器信息与所述第一构建参数的对应的一个或多个值比较，以确定一个或多个差；
基于所述一个或多个差为每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个值；
生成用于所述零件的更新的构建文件，所述更新的构建文件包括所述第二构建参数的一个或多个值；以及
将所述更新的构建文件传输到所述增材制造机器。
技术方案14.根据技术方案13所述的系统，其中，所述增材制造机器被配置成使用所述更新的构建文件构建后续的零件，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
接收由所述增材制造机器使用所述更新的构建文件对所述零件进行的后续构建的后续传感器信息；
对于所述多个几何形状的每个几何形状，将所述后续传感器信息与所述第二构建参数的对应的一个或多个值比较，以确定一个或多个另外的差；
基于所述一个或多个另外的差，对每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个更新值；
生成用于所述零件的进一步更新的构建文件，所述进一步更新的构建文件包括所述第二构建参数的一个或多个更新值；以及
将进一步更新的构建文件传输到所述增材制造机器。
技术方案15.根据技术方案13所述的系统，其中，所述增材制造机器被配置成：
使用所述更新的构建文件构建后续零件；
接收来自所述多个传感器的传感器信息；
基于所述传感器信息确定所述第二构建参数的一个或多个实时调节；以及
将对一个或多个当前制造参数的第二构建参数的一个或多个实时调节传输到所述制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
接收来自所述增材制造机器的所述第二构建参数的一个或多个实时调节；以及
基于所述一个或多个差和所述一个或多个实时调节，对每个几何形状确定所述第二构建参数的一个或多个更新值。
技术方案16.一种用于动态地适应零件的增材制造的制造计算机装置，所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器，所述至少一个存储器装置存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括一个或多个构建参数，所述制造计算机装置被配置成：
接收来自正进行所述零件构建的正被构建的第一几何形状的传感器信息；
基于所述传感器信息确定对所述第一几何形状的一个或多个构建参数的一个或多个调节；
识别多个几何形状的待被构建的与所述第一几何形状相似的一个或多个后续几何形状；以及
基于所述一个或多个调节，调节所述一个或多个后续几何形状的一个或多个构建参数。
技术方案17.根据技术方案16所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
接收正被用所述经调节后的一个或多个构建参数构建的后续几何形状的后续传感器信息；
基于所述后续传感器信息进一步调节一个或多个剩余的后续几何形状的一个或多个构建参数，以进一步调节所述一个或多个构建参数；以及
将所述经进一步调节后的一个或多个构建参数传输到当前制造所述零件的机器。
技术方案18.根据技术方案17所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
将所述第一几何形状的一个或多个构建参数和所述后续几何形状的一个或多个构建参数比较，以及
基于所述比较确定所述一个或多个调节。
技术方案19.根据技术方案17所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
比较所述传感器信息和所述后续的传感器信息；以及
基于所述比较确定所述一个或多个调节。
技术方案20.根据技术方案16所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
接收来自所述机器的对所述一个或多个构建参数的一个或多个实时调节，其中，所述一个或多个实时调节由所述机器在所述零件的第一几何形状的制造期间做出；以及
基于所述传感器信息和所述一个或多个实时调节，确定对所述第一几何形状的一个或多个构建参数的一个或多个调节。
技术方案21.根据技术方案16所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成分析所述构建文件以确定构成所述构建文件的多个几何形状。
技术方案22.根据技术方案16所述的制造计算机装置，其中，所述一个或多个构建参数包括以下的至少一个：激光装置的功率、激光装置的扫描速度、期望的熔体池尺寸和期望的熔体池温度分布。
技术方案23.根据技术方案16所述的制造计算机装置，其中，所述传感器信息从以下的至少一个接收：光电倍增管、光电二极管、红外相机、光电耦合装置(CCD)相机、CMOS相机、高温计或高速可见光相机。
技术方案24.根据技术方案16所述的制造计算机装置，其中，所述机器是配置成基于所述构建文件构建所述零件的增材制造机器。
技术方案25.一种用于动态地适应零件的增材制造的方法，所述方法通过制造计算机装置来实施，所述制造计算机装置包括与存储器通信的处理器，所述方法包括：
存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括一个或多个构建参数；
接收来自正在进行的所述零件的构建的正被构建的第一几何形状的传感器信息；
基于所述传感器信息确定对所述第一几何形状的一个或多个构建参数的一个或多个调节；
识别所述多个几何形状的待被构建的与所述第一几何形状相似的一个或多个后续几何形状；
基于所述一个或多个调节，调节所述构建文件中所述一个或多个后续几何形状的一个或多个构建参数；以及
将所述经调节后的构建文件传输到当前正制造所述零件的机器。
技术方案26.一种用于动态地适应零件的增材制造的系统，所述系统包括：
增材制造机器，所述增材制造机器被配置成基于构建文件构建所述零件；
多个传感器，所述多个传感器被配置成对构建所述零件进行监测；以及
制造计算机装置，所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器，所述制造计算机装置被配置成：
存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括一个或多个构建参数；
接收来自所述多个传感器的正在进行的所述零件的构建的正被构建的第一几何形状的传感器信息；
基于所述传感器信息确定对所述第一几何形状的一个或多个构建参数的一个或多个调节；
识别所述多个几何形状的待被构建的与所述第一几何形状相似的一个或多个后续几何形状；
基于所述一个或多个调节，调节所述构建文件中所述一个或多个后续几何形状的一个或多个构建参数；以及
将所述经调节后的构建文件传输到所述增材制造机器。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有附图中相同的标号表示相同的零件，在附图中：
图1是以直接金属激光熔融(DMLM)系统的形式图示的示范性增材制造系统的示意图；
图2是使用图1所示的增材制造系统制造部件的示范性过程的流程图；
图3是使用图1所示的DMLM系统动态地适应零件的增材制造的示范性制造系统的示意图；
图4是可以与图3所示的制造系统一起使用的客户端系统的示范性配置的示意图；
图5是可以与图3所示的制造系统一起使用的服务器系统的示范性配置的示意图；
图6是使用图3所示的制造系统动态地适应零件的增材制造的示范性前馈控制系统的示意图；
图7是使用图3所示的制造系统动态地适应零件的增材制造的另一示范性前馈控制系统的示意图；
图8是使用图6所示的前馈控制系统动态地适应用于零件的增材制造的构建文件的示范性过程的流程图；
图9是使用图6所示的前馈控制系统动态地适应用于零件的增材制造的构建文件的另一示范性过程的流程图；
图10是使用图7所示的前馈控制系统动态地适应用于零件的增材制造的构建文件的示范性过程的流程图；以及
图11是使用图7所示的前馈控制系统动态地适应用于零件的增材制造的构建文件的另一示范性过程的流程图。
图12是动态地创建或适应用于增材制造一个或多个零件的构建参数、构建和/或构建文件的另一示范性过程的示意图。
图13是动态地创建或适应用于增材制造一个或多个零件的构建参数、构建和/或构建文件的另一示范性过程的示意图。
图14是动态地创建或适应用于增材制造一个或多个零件的构建参数、构建和/或构建文件的另一示范性过程的示意图。
除非另外指明，否则本文所提供的附图意在说明本发明的实施例的特征。这些特征被认为适用于包括本发明的一个或多个实施例的广泛多种系统。由此，附图并非意在包括所属领域的技术人员已知的实践本文中所公开的实施例所需的所有常规特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，将引用若干术语，所述术语应定义为具有以下含义。
除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一”以及“所述”包括复数参考物。
“任选”或“视需要”意味着随后描述的事件或情形可能发生或可能不发生，且所述描述包括事件发生的情况和事件不发生的情况。
如本文中在整个说明书以及权利要求书中所使用的近似语言可以应用于修饰可以许可的方式变化而不会导致其相关的基本功能改变的任何定量表示。因此，由例如“约”、“大约”和“大体上”等词语修饰的值并不限于所指定的确切值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量所述值的仪器的精度。此处以及在整个说明书以及权利要求书中，范围限制可以是组合的和/或互换的；除非内容或语言另外指示，否则此类范围得以确定并且包括其中所含有的所有子范围。
如本文所用，术语“处理器”和“计算机”及相关术语(例如，“处理设备”、“计算设备”和“控制器”)不仅限于在本领域中被称为计算机的那些集成电路，而是广义地表示微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路，并且这些术语在本文中可互换使用。在本文中所描述的实施例中，存储器可包括但不限于例如随机存取存储器(RAM)等计算机可读媒体和例如闪存等计算机可读非易失性媒体。或者，也可使用软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字多功能光盘(DVD)。而且，在本文中所描述的实施例中，额外输入通道可以是但不限于与例如鼠标和键盘等操作者接口相关联的计算机外围设备。或者，也可使用其它计算机外围设备，其可包括例如但不限于扫描仪。此外，在示范性实施例中，额外输出通道可包括但不限于操作者接口监视器。
另外，如本文中所使用，术语“软件”和“固件”是可互换的，且包括存储在存储器中用于由个人计算机、工作站、客户端和服务器执行的任何计算机程序。
如本文中所使用，术语“非暂时性计算机可读媒体”旨在表示在任何方法或技术中实施的任何有形的基于计算机的装置，以用于例如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块、或在任何装置中的其它数据的信息的短期和长期存储。因此，本文中所描述的方法可被编码为在包括但不限于存储装置和/或存储器装置的有形、非暂时性、计算机可读媒体中体现的可执行指令。此类指令在由处理器执行时致使处理器执行本文中所描述的方法的至少一部分。此外，如本文中所使用，术语“非暂时性计算机可读媒体”包括所有有形的计算机可读媒体，包括但不限于非暂时性计算机存储装置，包括但不限于易失性和非易失性媒体以及可移除和不可移除媒体，例如固件、物理和虚拟存储装置、CD-ROM、DVD和例如网络或因特网等任何其它数字源，以及尚待开发的数字化手段，唯一的例外是暂时性的传播信号。
此外，如本文中所使用，术语“实时”指代相关联的事件的发生时间、预定数据的测量和收集时间、处理数据的时间、以及对事件和环境的系统响应的时间中的至少一个。在本文中所描述的实施例的一些中，这些活动和事件基本上瞬时地发生。在一些实施例中，术语“实时”指实时控制系统。实时控制系统是闭环控制系统，其中，过程具有收集数据、处理该数据和更新系统的紧密时间窗口。如果时间窗口丢失，则系统的稳定性被潜在地破坏。此时间窗口的尺寸由处于控制下的过程的动态特性、系统的延迟时间和使用的特定控制算法确定。
如本文中所使用，术语几何形状指零件或构建的任何部分、特性或特征。几何形状可以在以下特征中：单个层，个别零件的构建，零件的一部分，扫描线，构建的时间序列和零件的几何特征。在一些实施例中，例如，几何形状可包括对于制造该几何形状的增材制造机需要的粉末或材料的变化。
本文中描述的增材制造系统提供了基于零件的构建的性能和/或过去性能动态地适应零件的增材制造的方法。所述系统和方法可使用预先存在的信息和与要被增材制造的零件(包括零件的构建)有关的非预先存在的数据。具体讲，本文中描述的一个或多个实施例包括计算装置，其被配置成访问关于零件的信息(包括零件的构建)，并生成对(不限于)构建过程、构建参数和构建文件的修改，以改善或改变零件和零件的构建。计算装置可使用如下构建信息，例如但不限于构建参数、几何形状、传感器数据、材料数据、系统数据、质量控制或保证数据和零件的性能数据，以更新构建文件，从而改善最终零件的质量，或者提高效率，改善或修改零件或构建的其它方面。计算装置可使用不管是测量、建模还是虚拟数据的与零件(包括零件的构建)有关的一个或多个预先存在的数据，以直接修改零件(包括例如零件的起始形状)、构建文件或构建。被提供的和/或使用的数据可以是前馈、反馈、预构建或后构建、建模和虚拟的。
计算装置的一些实施例将构建文件分成若干几何形状，其中，一个构建文件可包括相同几何形状的多个副本，并基于该几何形状的之前构建更新相同几何形状的每个副本。在一些实施例中，在零件正被构建时，计算机装置实时地更新构建文件。在一些其它实施例中，计算机装置在零件完成之前、之中或之后直接更新或修改零件、构建文件和/或构建。本文中描述的系统和方法部分地允许降低为获得可接受的或理想的零件而必须构建零件的次数。出于有益的任何目的，所述系统和方法允许零件、构建或构建文件在构建开始或结束之前、之中或之后被更新或修改。计算装置可以是例如增材制造系统本身或者可以与增材制造系统本地、远程通信的另一计算装置或可移动或可更换数字存储介质。
图1是以直接金属激光熔融(DMLM)系统的形式图示的示范性增材制造系统10的示意图。尽管参照DMLM系统描述本文中的实施例，但本公开还适用于其它类型的增材制造系统和方法，包括例如但不限于槽光聚合、粉末床融合、粘合剂喷射、材料喷射、薄片层压、材料挤出、直接能量沉积和混合系统。这些系统和方法可包括例如但不限于立体光刻；数字光处理；扫描、自旋和选择性光固化，连续液体界面生成；选择性激光烧结；直接金属激光烧结；选择性激光熔融；电子束熔融；选择性热烧结；多喷嘴融合；平滑曲率打印；多喷嘴建模；分层物体制造；选择性沉积层压；超声增材制造；粘结丝制造；融合沉积建模；激光金属沉积；激光近形制造；直接金属沉积；混合系统；以及这些方法和系统的组合。这些方法和系统可使用例如但不限于所有形式的电磁辐射、加热、烧结、熔化、固化、结合、巩固、压制、嵌入和其组合。
这些方法和系统使用的材料包括，例如但不限于聚合物、塑料、金属、陶瓷、沙子、玻璃、蜡、纤维、生物质、复合物和这些材料的混合。这些材料可以适合特定材料和方法或系统的各种形式用在这些方法和系统中，包括例如但不限于液体、固体、粉末、板、箔、带、丝、球团、液体、浆、线、雾化、糊剂和这些形式的组合。
在示范性实施例中，系统10包括构建平台12、激光、配置成生成一个或多个激光或电子束或能量16的熔融或加热装置14、配置成选择性引导或移动束或能量16通过构建平台12的一个或多个扫描装置18、以及用于监测熔体池的光学或其它监测系统20。示范性系统10进一步包括计算装置24和控制器26，所述控制器26被配置成控制系统10的一个或多个部件，如本文中更详细地描述。
构建平台12包括粉末状原材料，所述粉末状原材料在增材制造过程期间进行熔化和重新固化以构建固体零件28。构建平台12包括适合形成这些部件的材料，包括但不限于钴、铁、铝、钛、镍和其组合的气体雾化合金。在其它实施例中，构建平台12可包括任何适合类型的粉末状金属材料。在又一些其它实施例中，构建平台12包括使系统10能起作用的任何适合的构建材料和形式。
装置14被配置成生成足够能量的能量源16以至少部分地加热或熔化构建平台12的构建材料。在此示范性实施例中，激光装置14是基于钇的固态激光器，所述基于钇的固态激光器被配置成发出具有约1070纳米(nm)波长的激光束。在其它实施例中，装置14包括任何适合类型的激光器或联接到例如激光二极管的能源的激光光纤，其使得系统10能够起到例如二氧化碳(CO2)激光器的作用。此外，尽管系统10被显示和描述为包括单个装置14，但系统10可包括超过一个具有变化的和/或可选择能级的装置或阵列。系统10可包括使系统10能起作用的装置的任何组合。
如图1所示，在一个示范性实施例中，装置14光学联接到光学元件30和32，所述光学元件30和32有助于使激光束16聚焦在构建平台12上。在示范性实施例中，光学元件30和32包括安置于激光装置14与第一扫描装置18之间的光束准直器30，及安置于第一扫描装置18与构建平台12之间的F-θ透镜32。系统10可包括任何适合类型和布置的光学元件，其提供准直的和/或聚焦的能量到构建平台12上。
第一扫描装置18被配置成引导能源16通过构建平台12的选择性部分以形成零件28。在示范性实施例中，第一扫描装置18是电流计扫描装置，所述电流计扫描装置包括可操作地联接到电流计控制的电机36(概括地为致动器)的反射镜34。电机36被配置成响应于从控制器26接收的信号移动(具体地说，旋转)反射镜34且由此使激光束16通过构建平台12的选择性部分偏转。反射镜34包括使得反射镜34能够使能源16朝向构建平台12偏转的任何合适的配置。在一些实施例中，反射镜34包括具有对应于激光束16的波长的反射光谱的反射涂层。
尽管第一扫描装置18被图示为具有反射镜34和电机36，但第一扫描装置18可包括任何适合数目和类型的反射镜或方向性装置、台架和电机，其使得一个或多个扫描装置18能够工作和移动。举例来说，在一个实施例中，第一扫描装置18包括两个反射镜和两个电流计控制的电机，每个电机可操作地联接到反射镜中的一个。在又一些其它实施例中，第一扫描装置18包括使得增材制造系统10能够如本文中所描述地运行的任何合适的扫描装置，例如二维(2D)扫描电流计、三维(3D)扫描电流计和动态聚焦电流计。
光学系统20被配置成检测由熔体池22生成的电磁辐射，并将关于熔体池22的信息传输到计算装置24。在示范性实施例中，光学系统20包括光检测器38和第二扫描装置42，光检测器38被配置成检测由熔体池22生成的电磁辐射40(也称作“EM辐射”)，第二扫描装置42被配置成将由熔体池22生成的电磁辐射40引导到光检测器38。第二扫描装置42与第一扫描装置18分开，并专用于将由熔体池22生成的EM辐射40引导到光检测器38，而不是朝构建平台12引导激光束16。同样，第二扫描装置42在本文中也称作“专用”扫描装置。在示范性实施例中，第一扫描装置18还可以称作专用扫描装置，原因是其专用于扫描穿过构建平台12的激光束16，并不用来引导由熔体池22生成的EM辐射40。在其它实施例中，第一扫描装置18还可以用来引导由熔体池22生成的EM辐射40，因而可以不是专用的扫描装置。在正常操作下，光学系统20内的光学元件并不经历热透镜效应，原因是通过光学系统20传输的EM辐射具有相对低的功率。
光检测器38被配置成检测由熔体池22生成的EM辐射40。更具体地说，光检测器38被配置成接收由熔体池22生成的EM辐射40，且响应于接收到所述EM辐射而生成电信号44。光检测器38通信联接到计算装置24，并被配置成将电信号44传输到计算装置24。
光检测器38包括使得光学系统20能够如本文中描述的工作的任何适合的光检测器，包括例如但不限于光电倍增管、光电二极管、红外相机、电荷耦合装置(CCD)相机、CMOS相机、高温计或高速可见光相机。尽管光学系统20被显示和描述为包括单个光检测器38，但光学系统20包括任何适合数目和类型的使系统10能够如本文中描述工作的光检测器。在一个实施例中，例如，光学系统20包括配置成检测红外光谱内的EM辐射的第一光检测器和配置成检测可见光光谱内的EM辐射的第二光检测器。在包括超过一个光检测的实施例中，光学系统20包括分束器(未示出)，所述分束器被配置成使EM辐射40分隔且使其从熔体池22偏转到对应光检测器。
虽然光学系统20被描述为包括用于由熔体池22生成的EM辐射40的“光学”检测器，但应注意，术语“光学”的使用不与术语“可见”等效。而是，光学系统20被配置成捕获宽光谱范围的EM辐射，且将取决于所使用的增材制造方法或系统。举例来说，第一光检测器38对具有以下光谱内的波长的光敏感：紫外线光谱(约200到400nm)、可见光谱(约400到700nm)、近红外光谱(约700到1,200nm)和红外线光谱(约1,200到10,000nm)。此外，由于由熔体池22发出的EM辐射40的类型取决于熔体池22的温度，因此光学系统20能够监视和测量熔体池22的尺寸和温度。
第二扫描装置42被配置成将由熔体池22生成的EM辐射40引导到第一光检测器38。在示范性实施例中，第二扫描装置42是电流计扫描装置，所述电流计扫描装置包括可操作地联接到第一电流计控制的电机48(概括地为致动器)的第一反射镜46，以及可操作地联接到第二电流计控制的电机52(概括地为致动器)的第二反射镜50。第一电机48和第二电机52被配置成响应于从控制器26接收的信号分别移动(具体地说，旋转)第一反射镜46和第二反射镜50以使EM辐射40从熔体池22偏转到第一光检测器38。第一反射镜46和第二反射镜50具有任何适合的配置，使第一反射镜46和第二反射镜50能偏转由熔体池22生成的EM辐射40。在一些实施例中，第一反射镜46和第二反射镜50中的一个或两个包括反射涂层，所述反射涂层具有对应于第一光检测器38被配置成检测的EM辐射的反射光谱。
尽管第二扫描装置42被说明并描述为具有两个反射镜和两个电机，但第二扫描装置42包括使得光学系统20能够如本文中所描述地运行的任何合适数目的反射镜和电机。此外，第二扫描装置42包括使得光学系统20能够如本文中所描述地运行的任何合适的扫描装置，例如二维(2D)扫描电流计、三维(3D)扫描电流计和动态聚焦电流计。
计算装置24包括计算机系统，所述计算机系统包括执行可执行指令以操作系统10的至少一个处理器(图1中未示出)。计算装置24包括例如系统10的校准模型和与例如零件28等部件相关联的电子计算机构建文件。校准模型包括但不限于在系统10的操作条件(例如，激光装置14的功率)的给定集合下的预期或所需熔体池尺寸和温度。在示范性实施例中，熔体池尺寸包括熔体池的一个或多个维度，例如但不限于长度、宽度、深度、面积和体积。在示范性实施例中，熔体池温度分布代表在熔体池中的特定点，例如中心，的熔体池的温度。在其它实施例中，熔体池温度分布代表从熔体池的样本或者从2D/3D温度分布曲线的函数的测量温度。
构建文件包括构建参数，所述构建参数被用来控制一个或多个系统(例如但不限于系统10)的一个或多个部件或者另外的构建零件。构建参数将取决于使用的增材制造方法或系统及构造零件的材料。构建参数可包括以下的一个或多个：(不限于)功率、速度、定向、能源的位置、检流计、反射镜、扫描器、传感器、检测器、输送机、构建板和材料施加器和去除器。构建参数还可包括以下的一个或多个：(不限于)由系统执行方法使用的材料，例如，气体、气体压力和气体流动；熔体池尺寸和熔体池温度分布；构成零件本身的材料和中间零件材料；在构建期间施加材料的速度和方法；零件的开始形状和中间构建形状。
在使用DMLM方法或系统的实例中，构建参数可包括以下的一个或多个：(不限于)激光或能量装置14的功率，第一扫描装置18的扫描速度(也称作电流计速度、反射镜速度和/或激光装置14的扫描速度)，第一扫描装置18(具体讲反射镜34)的位置和定向，第二扫描装置42的扫描速度，第二扫描装置42(具体讲第一反射镜46和第二反射镜50)的位置和定向，期望的熔体池尺寸，期望的熔体池温度分布，气体，气体压力和气体流动，金属粉末和构成零件本身的其它材料，中间零件材料，施加粉末和其它材料的速度和方法及零件的开始和中间构建形状。
在示范性实施例中，计算装置24和控制器26示出为分离装置。在其它实施例中，计算装置24和控制器26结合为充当计算装置24和控制器26两者的单个装置，如各自在本文中所描述。在其它实施例中，所述模型包括制造零件28的过程的细节。在一些实例中，构建参数与多个几何形状(例如，描述待被构建的零件的CAD文件)分开地存储。在这些实例中，构建文件包括存储在计算装置24或控制器26的存储器中的多个构建参数和分开地存储的多个几何形状。在这些实例中，在构建正在发生时，系统10将构建参数与多个几何形状组合。
在示范性实施例中，计算装置24还被配置成至少部分地作为数据采集装置操作，并监测在零件28的制造期间系统10的操作。在一个实施例中，例如，计算装置24接收并处理来自第一光检测器38的电信号44。计算装置24可基于电信号44存储与熔体池22相关的信息，所述电信号用于促进控制和细化系统10或通过系统10构建的特定部件的构建过程。
另外，在此实例中，计算装置24被配置成基于从第一光检测器38接收的电信号44实时地调节一个或多个构建参数。例如，在系统10构建零件28时，计算装置24使用数据处理算法处理来自第一光检测38的电信号44，以确定熔体池22的尺寸和温度。计算装置24基于校准模型将熔体池22的尺寸和温度与预期或期望的熔体池尺寸和温度比较。计算装置24生成控制信号60，控制信号60被反馈到控制器26并被用来实时地调节一个或多个构建参数以校正熔体池22中的差异。例如，在计算装置24检测熔体池22中的差异时，计算装置24和/或控制器26调节构建过程期间的激光装置14的功率以校正此差异。
控制器26包括使得系统10能够如本文中所描述地运行的任何合适类型的控制器。举例来说，在一个实施例中，控制器26是计算机系统，所述计算机系统包括至少一个处理器和至少一个存储器装置，所述计算机系统执行可执行指令以至少部分地基于来自人操作者的指令而控系统10的操作。控制器26包括例如有待通过系统10构造的零件28的3D模型。由控制器26执行的可执行指令包括控制激光装置14的功率输出，控制第一扫描装置18的位置和扫描速度，以及控制第二扫描装置42的位置和扫描速度。
控制器26被配置成基于与例如存储在计算装置24内的构建文件相关联的构建参数而控制系统10的一个或多个部件。在示范性实施例中，控制器26被配置成基于与有待利用系统10构造的部件相关联的构建文件而控制第一扫描装置18。更具体地说，控制器26被配置成基于由与零件28相关联的构建文件定义的预定路径而使用电机36控制反射镜34的位置、移动和扫描速度。
在示范性实施例中，控制器26还被配置成控制第二扫描装置42以将EM辐射40从熔体池22引导到第一光检测器38。控制器26被配置成基于第一扫描装置18的反射镜34的位置和熔体池22的位置中的至少一个，控制第一反射镜46和第二反射镜50的位置、运动和扫描速度。在一个实施例中，例如，使用计算装置24和/或控制器26基于被用来控制镜34的位置的构建文件的确定路径，确定在构建过程期间的特定时间反射镜34的位置。控制器26基于反射镜34的确定位置，控制第一反射镜46和第二反射镜50的位置、运动和扫描速度。在另一实施例中，第一扫描装置18被配置成将反射镜34的位置传送到控制器26和/或计算装置24，例如通过将对应于反射镜34的位置的位置信号输出到控制器26和/或计算装置24。在又一另外的实施例中，控制器26基于熔体池22的位置，控制第一反射镜46和第二反射镜50的位置、运动和扫描速度。例如，基于反射镜34的位置，确定在构建过程期间的特定时间熔体池22的方位。
控制器26还被配置成控制系统10的其它部件，包括但不限于激光装置14。举例来说，在一个实施例中，控制器26基于与构建文件相关联的构建参数而控制激光装置14的功率输出。
图2是使用图1所示的增材制造系统10制造零件28的示范性过程200的流程图。在示范性实施例中，过程200分成两个部分：设置过程202和制造过程204。
在设置过程202中，计算机辅助设计(CAD)文件206包括待制造的零件28的设计。在示范性实施例中，CAD文件206被提供至计算机装置，例如图3中所示的预处理计算机装置304。预处理计算机装置304包括扫描路径生成器208。扫描路径生成器208被配置成分析CAD文件，并确定如何使用增材制造系统10制造零件28。在示范性实施例中，扫描路径生成器208确定包括零件28的材料层，并确定控制器26将指示激光束16遵循的路径。扫描路径生成器208还确定在制造过程期间增材制造系统10将执行的操作和运动的次序。扫描路径生成器208基于CAD文件206生成构建文件210。在示范性实施例中，构建文件210针对将被使用的增材制造系统10的类型和/或模型被配置。在一些另外的实施例中，构建文件210针对将要构建零件28的特定机器配置。在示范性实施例中，扫描路径生成器208将部件的3D图像切成切片或层。扫描路径生成器208对于每一切片或层生成一个或多个激光装置14(图1中示出)的路径。扫描路径生成器208对于沿生成的路径的每个点计算一个或多个参数。
构建文件210包括用来控制系统10的一个或多个部件的构建参数。构建参数包括但不限于激光装置14的功率，第一扫描装置18的扫描速度，第一扫描装置18(具体讲为反射镜34)的位置和定向，第二扫描装置42的扫描速度，第二扫描装置42(具体讲为第一反射镜46和第二反射镜50)(全部在图1中示出)的位置和定向，期望的熔体池尺寸和期望的熔体池温度分布。
在制造过程204中，构建文件210被加载到计算装置24和/或控制器26(图1中示出)中，计算装置24和/或控制器26控制系统10的操作。系统10使用构建文件210来构建212零件28。当系统10正在构建时，一个或多个传感器216，例如光学系统20(图1中示出)监测零件28以用于零件28的反馈控制218。如上面描述的，传感器216实时地监测零件28的构建212，并将结果传输到计算装置24。计算装置24使用反馈控制信息确定是否改变任何当前参数以校正潜在问题。如上面描述的，计算装置24将参数的任何变化的传输到控制器26。在一些实施例中，计算装置24使用反馈控制信息确定由于通过分析反馈控制数据发现了问题，构建212应当被停止。在一些另外的实施例中，计算装置24使用反馈控制信息确定是否检查214零件28。例如，计算装置24可确定在零件28的制造212期间发生太多的错误，检查214的时间花费应被绕过，零件应被丢弃。
制造过程204还包括构建后检查214，其中，出于质量目的，分析成品零件28。这种检查214可包括来自以下的用以确定供使用的零件28的质量和适宜性的数据：传感器216、计算机化断层成像(CT)扫描、计算机化轴向断层成像(CAT)扫描、超声成像扫描、可视检查和/或零件28的任何其它非破坏性扫描或分析。在其它实施例中，检查214可包括破坏性测试，其中，零件28的一部分被去除、抛光、分析，以得到孔隙度和其它冶金性能。
在示范性实施例中，构建文件210包括多个几何形状。在一些实施例中，几何形状由构建文件210定义。在其它实施例中，几何形状由用户定义。在示范性实施例中，不同的几何形状具有不同的热传导特性，且基于其周围环境要求不同水平的激光功率来完成。在一些几何形状中，之前的层是已经被施以激光的固态金属。在这些几何形状中，当粉末被施以激光时，热由固态金属很快地传导出去。因此，当热被传导出去时，熔体池22的尺寸和温度受到影响。在一些其它几何形状中，被施以激光的点下方有粉末，例如，在拱形的情况下。在这些地方，热没有那么快被传导出去，因此相比热被传导出去的区域，花较少的激光功率使熔体池22达到相同的尺寸和温度。被施以激光的点下面的固态金属的量和固态金属的形状也可能影响零件28的导热性。
在示范性实施例中，构建文件210包括作为构建参数的熔体池尺寸。计算装置24调节激光功率和速度以实现期望的熔体池尺寸。在示范性实施例中，计算装置24接收包括熔体池尺寸的传感器信息，并调节激光设置以实现期望的熔体池尺寸。
图3是使用DMLM系统10(图1中示出)动态地适应零件的增材制造的示范性制造系统300的示意图。在示范性实施例中，使用制造系统300以构建零件28(图1中示出)，监测零件28的构建，并基于该构建更新与零件28关联的构建文件210(图2中示出)。制造系统300包括制造控制(“MC”)计算装置302，其被配置成动态地更新零件28的构建文件210。制造系统300包括DMLM计算机装置306，其被配置成在零件28的制造期间动态地更新零件28的构建文件210。
如在下面更详细地描述的，MC计算装置302被配置成存储包括多个构建参数的零件28的模型，接收来自正在进行零件28的构建的熔体池22(图1中示出)的至少一个电流传感器读数的电流传感器信息，基于电流传感器信息确定熔体池22的一个或多个属性，计算熔体池22的至少一个不可见属性，基于至少一个不可见属性、一个或多个属性和多个构建参数确定经调节的构建参数，将经调节的构建参数传输到当前正制造零件的机器，例如，系统10。
在一些实施例中，MC计算机装置302还被配置成存储用于构建零件28的构建文件210，构建文件210包括多个几何形状，每个几何形状包括第一构建参数的一个或多个值，接收由系统10使用构建文件210构建零件28的传感器信息，将多个几何形状的每个几何形状的传感器信息与第一构建参数的一个或多个值比较以确定一个或多个差，基于一个或多个差对每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个值，生成用于零件28的更新的构建文件210，所述构建文件210包括第二构建参数的一个或多个值，并将更新的构建文件210传输到系统10。
在一些另外的实施例中，MC计算机装置302还被配置成存储用于构建零件28的构建文件210，构建文件210包括多个几何形状，每个几何形状包括一个或多个构建参数，接收来自正在进行零件28的构建的正被构建的第一几何形状的传感器信息，基于传感器信息确定对第一几何形状的一个或多个构建参数的一个或多个调节，识别多个几何形状的待被构建的与第一几何形状相似的一个或多个后续几何形状，基于一个或多个调节，调节在构建文件210中一个或多个后续几何形状的一个或多个构建参数，将经调节的构建文件210传输到当前制造零件28的系统10。
在再一些另外的实施例中，MC计算机装置302被配置成存储用于构建零件28的构建文件210(包括一个或多个构建参数)，且接收多个构建信息。多个构建信息的每个构建信息包括多个机器10之一使用构建文件210构建零件28的传感器信息。MC计算机装置302还被配置成比较多个传感器信息与一个或多个构建参数，以确定一个或多个差，基于一个或多个差确定对一个或多个构建参数的调节，基于一个或多个调节生成更新的构建文件210，并将更新的构建文件210传输到多个系统10的至少一个系统10以供制造。
在示范性实施例中，预处理计算机装置304是计算机或计算机装置，其被配置成基于CAD文件206(图2中示出)生成构建文件210。在示范性实施例中，预处理计算机装置304包括扫描路径生成器208。在示范性实施例中，预处理计算机装置304与MC计算机装置302和DMLM计算机装置306通信。在一些实施例中，预处理计算机装置304与用户计算机装置(未示出)通信。在一些实施例中，预处理计算机装置304通过各种有线和无线接口可通信地联接到其它计算机装置，这些接口包括但不限于网络(例如，互联网、局域网(LAN)、广域网(WAN)或综合业务数字网络(ISDN))、拨号连接、数字用户线路(DSL)、蜂窝电话连接和电缆调制解调器中的至少一个。预处理计算机装置304可以是能够执行本文中描述的步骤的任何装置，包括但不限于台式计算机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、智能电话、平板电脑或其他基于网络的可连接设备。
在示范性实施例中，MC计算机装置302还与DMLM计算机装置306通信，DMLM计算机装置306与计算机装置24(图1中示出)类似。在示范性实施例中，DMLM计算机装置306被配置成与DMLM控制器308通信并控制DMLM控制器308，DMLM控制器308在零件28的构建期间控制一个或多个激光装置14(图1中示出)。在示范性实施例中，DMLM控制器308类似于控制器26(图1中示出)。如上面描述的，DMLM计算机装置306和DMLM控制器308基于构建文件210控制零件28的构建。在示范性实施例中，在零件28的构建期间和构建之后，DMLM计算机装置306接收来自传感器310的传感器数据。DMLM计算机装置306被配置成通过许多接口与MC计算机装置302通信，所述许多接口包括但不限于以下的至少一个：网络(例如互联网、LAN、WAN或集成服务数字网络(ISDN))、拨号连接、数字用户线(DSL)、蜂窝电话连接、卫星连接和电缆调制解调器。DMLM计算机装置306可以是能够访问例如互联网的网络的任何装置，包括但不限于台式计算机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、智能电话、平板电脑、平板手机、嵌入例如系统10的装置中或其他基于网络的可连接设备。
传感器310适于测量感兴趣的参数，例如温度、分布式温度、压力、电流、磁场、电场、化学性质、维度、尺寸、形状或其组合。一些传感器310可包括光学系统20(图1中示出)且还可包括例如但不限于：光电倍增管、光电二极管、红外相机、电荷耦合装置(CCD)相机、CMOS相机、高温计或高速可见光相机。在其它实施例中，传感器310可以与传感器216(图1中示出)类似，且可包括这样的装置-能够执行计算机化断层成像(CT)扫描、计算机化轴向断层成像(CAT)扫描、超声成像扫描、可视检查和/或零件28的任何其它非破坏性扫描或分析以确定供使用的零件28的质量和适宜性。传感器310通过许多接口连接至MC计算机装置302或DMLM计算机装置306，所述接口非限制性地包括诸如局域网(LAN)或广域网(WAN)的网络、拨号连接、电缆调制解调器、互联网连接、无线和专用高速综合服务数字网(ISDN)线路。传感器310接收关于零件28的构建的数据，并将该数据报告给至少MC计算机装置302或DMLM计算机装置306。在一些实施例中，传感器310还与其它计算机系统(例如但不限于用户计算机装置)通信。
数据库服务器312联接到数据库314，数据库314包含关于多种事情的信息，如本文更详细地描述的。在一个实施例中，集中式数据库314存储在MC计算机装置302上。在一个备选实施例中，数据库314相对于MC计算机装置302远程存储并且可以是非集中的。在一些实施例中，数据库314包括具有分开的区段或分区的单个数据库，或者在其它实施例中，数据库314包括多个数据库，每个数据库彼此分开。数据库314存储(但不限于)例如构建文件210、几何形状、传感器数据和参数调节的数据和信息。在一些实施例中，用户能够通过例如通过用户计算机装置登录到MC计算机装置302来访问数据库314。
图4是可以与制造系统300(图3中示出)一起使用的客户端系统的示例性配置的示意图。计算机装置400由用户402操作。计算机装置400可包括但不限于DMLM控制器308、控制器26、DMLM计算机装置306、计算机装置24和用户计算机装置(未示出)。计算机装置400包括处理器404以用于执行指令。在一些实施例中，可执行指令存储在存储器区域406(也称作存储器装置)中。处理器404可包括一个或多个处理单元(例如，在多核配置中)。存储器区域406是允许诸如可执行指令和/或事务数据的信息被存储和检索的任何装置。存储器区域406包括一个或多个计算机可读介质。在一些实施例中，存储器区域406包括数据库314(图3中示出)。在一些实施例中，存储器区域406存储在计算机装置400中。在备选实施例中，存储器区域406远离计算机装置400存储。
计算机装置400还包括用于向用户402呈现信息的至少一个媒体输出部件408。媒体输出部件408是能够向用户402传达信息的任何部件。在一些实施例中，媒体输出部件408包括输出适配器(未示出)，例如，视频适配器和/或音频适配器。输出适配器可操作地联接到处理器404并且可操作地联接到输出设备，例如，显示装置(例如，阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器或“电子墨水”显示器)或音频输出设备(例如，扬声器或耳机)。在一些实施例中，媒体输出部件408被配置成将图形用户接口(例如，web浏览器和/或客户端应用)呈现给用户402。在一些实施例中，计算机装置400包括输入设备410以用于从用户402接收输入。用户402可使用用户装置410选择要查看的构建文件210(图2中示出)，但不限于此。输入设备410可以包括例如键盘、指向设备、鼠标、触笔、触控面板(如触摸垫或触摸屏)、陀螺仪、加速计、位置检测器、生物识别输入设备和/或音频输入设备。诸如触摸屏的单个部件可以充当媒体输出部件408的输出设备和输入设备410两者。
计算机装置400还可以包括通信接口412，其可通信地联接到诸如传感器310(图3中示出)的远程装置。通信接口412可以包括例如有线或无线网络适配器和/或无线数据收发器，以与移动通信网络或局域网一起使用。
存储在存储器区域406中的为例如计算机可读指令，以用于将用户接口经由媒体输出部件408提供给用户402并且可选地接收和处理来自输入设备410的输入。用户接口可主要包括web浏览器和/或客户端应用。web浏览器使诸如用户402的用户能够显示通常嵌入网页或网站的媒体和其他信息并与其进行交互。客户端应用允许用户402与例如MC计算机装置302(图3中示出)交互。例如，指令可以由云服务存储，并且指令的执行的输出被发送至媒体输出部件408。
处理器404执行计算机可执行指令以用于实现本公开的方面。在一些实施例中，处理器404通过执行计算机可执行指令或通过以其它方式被编程而转化为专用微处理器。例如，处理器404被编程有下面进一步讨论的指令。
图5是可以与制造系统300(均在图3中示出)一起使用的服务器系统的示例性配置的示意图。更具体讲，服务器计算机装置500可包括但不限于MC计算机装置302、预处理计算机装置304、DMLM计算机装置306和数据库服务器312(均在图3中示出)。服务器计算机装置500还包括处理器502以用于执行指令。指令可存储在存储器区域504(也称作存储器装置)中。处理器502可包括一个或多个处理单元(例如，在多核配置中)。
处理器502可操作地联接到通信接口506，使得服务器计算机装置500能够与诸如另一个服务器计算机装置500、传感器310(图3中示出)、MC计算机装置302、DMLM计算机装置306、DMLM控制器308(在图3中示出)或用户计算机装置的远程装置进行通信。例如，通信接口506可以接收来自传感器310的数据，如图3所示。
处理器502也可操作地联接到存储装置508。存储装置508是适用于存储和/或检索数据的任何计算机操作的硬件，该数据为例如但不限于与数据库314(图3中示出)相关联的数据。在一些实施例中，存储装置508集成在服务器计算机装置500中。例如，服务器计算机装置500可以包括作为存储装置508的一个或多个硬盘驱动器。在其它实施例中，存储装置508在服务器计算机装置500外部，并且由多个服务器计算机装置500访问。例如，存储装置508可以包括存储区域网(SAN)、网络附加存储(NAS)系统和/或在廉价磁盘冗余阵列(RAID)配置中的诸如硬盘和/或固态磁盘的多个存储单元。
在一些实施例中，处理器502经由存储接口510可操作地联接到存储装置508。存储接口510是能够为处理器502提供到存储装置508的通路的任何部件。存储接口510可以包括例如高级技术附件(ATA)适配器、串行ATA(SATA)适配器、小型计算机系统接口(SCSI)适配器、RAID控制器、SAN适配器、网络适配器、和/或为处理器502提供到存储装置508的通路的任何部件。
处理器502执行计算机可执行指令以用于实现本公开的方面。在一些实施例中，处理器502通过执行计算机可执行指令或通过以其它方式被编程而转化为专用微处理器。例如，处理器502被编程有下面进一步描述的指令。
图6是使用制造系统300(图3中示出)动态地适应零件28的增材制造的示范性前馈控制系统600的示意图。在示范性实施例中，前馈控制系统600是制造过程204(图2中示出)的一部分。
如上面描述的，在系统10中构建212(图2中示出)零件28。当零件28正被构建212时，传感器310监测零件28，并将关于构建过程212的实时信息传输到前馈控制计算机装置602。在示范性实施例中，MC计算机装置302(图3中示出)包括前馈控制计算机装置602。
前馈控制计算机装置602接收来自传感器310的实时传感器信息。在示范性实施例中，前馈控制计算机装置602存储构建文件210(图2中示出)的副本。如上面描述的，构建文件210包括多个几何形状，其中，几何形状是零件28的可重复部分。在一些实施例中，前馈控制计算机装置602分析构建文件210以确定其中包含的几何形状。当前馈控制计算机装置602接收实时传感器信息时，前馈控制计算机装置602针对系统10当前正构建212的几何形状分析传感器信息。一旦完成几何形状，前馈控制计算机装置602对于该具体的几何形状确定更新的构建参数。前馈控制计算机装置602确定在构建文件210中是否有该几何形状或类似几何形状的其它副本。前馈控制计算机装置602将那些确定的更新的构建参数应用到构建文件210中仍需要被构建的任何类似的几何形状。前馈控制计算机装置602将构建文件210中更新的构建参数传输到系统10，使得系统10在下次在构建零件28时必须构建212该几何形状时可使用这些更新的构建参数。
在一些另外的实施例中，前馈控制计算机装置602还接收来自系统10的经调节的构建参数，例如，当通过使用反馈控制218(图2中示出)系统10必须提高功率以保持熔体池尺寸为恒定时。前馈控制计算机装置602使用经调节的构建参数对于几何形状的其它形式进一步更新构建参数。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置602生成制造零件28的过程的模型(也称作数字孪生(digital twin))(例如，对激光的熔体池响应和对熔体池的传感器响应)。所述模型模拟制造零件28的过程。在示范性实施例中，可以从物理、数据拟合和/或其组合开发所述模型。在一些实施例中，所述模型可包括但不限于来自一个或多个构建文件210、构建212期间的传感器310和在构建212完成之后的一个或多个检查214的信息。所提供或使用的信息可基于为真实、人造或虚拟的数据或情报。真实信息包括但不限于从物理零件或实际构建测量或得到的数据或信息。人造信息包括但不限于不从物理零件或实际构建测量或得到的数据或信息。虚拟信息包括但不限于使用计算机创建、建模、设计或另外导出的数据或信息。在一些另外的实施例中，所述模型包括来自零件28的多个构建的信息。所述模型还包括上面描述的多个几何形状。在一些实施例中，可使用过程测量值调节和/或适应所述模型。所述模型可接收构建参数输入(激光功率、扫描装置的速度、CAD几何形状)，并预测过程的响应(例如熔体池和传感器)。在这些实施例中，前馈控制计算机装置602可使用模型中的信息模拟零件28的构建212。前馈控制计算机装置602还能够进一步模拟对构建参数的变化带来的结果。
图7是使用制造系统300(图3中示出)动态地适应零件28的增材制造的另一示范性前馈控制系统700的示意图。在示范性实施例中，前馈控制系统700是制造过程204(图2中示出)的一部分。
如上面描述的，在系统10中构建212(图2中示出)零件28。当零件28正被构建212时，传感器310监测零件28，并将关于构建过程212的实时信息传输到前馈控制计算机装置702。在示范性实施例中，MC计算机装置302(图3中示出)包括前馈控制计算机装置702。前馈控制计算机装置702接收来自传感器310的关于零件28的一个或多个已经完成的构建的信息。在示范性实施例中，前馈控制计算机装置702存储构建文件210(图2中示出)的副本。如上面描述的，构建文件210包括多个几何形状，其中，几何形状是零件28的可重复部分。在一些实施例中，前馈控制计算机装置702分析构建文件210以确定其中包含的几何形状。前馈控制计算机装置702还接收来自系统10的经调节构建参数，例如当系统10必须提高功率以保持熔体池尺寸为恒定时。
当前馈控制计算机装置702接收传感器信息时，前馈控制计算机装置702针对与传感器信息有关的几何形状分析传感器信息。对于每个几何形状，前馈控制计算机装置702比较传感器信息、来自构建文件210的构建参数和来自系统10的经调节构建参数，以确定该几何形状的更新的构建参数。例如，前馈控制计算机装置702分析特定几何形状的每个实例以看到构建参数和结果。前馈控制计算机装置702对该几何形状确定更新的构建参数，并将这些构建参数应用到构建文件210中的所有相似的几何形状。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置702将更新的构建参数应用到构建文件210，以生成更新的构建文件210。在其它实施例中，前馈控制计算机装置702生成会成为构建文件210的同伴的变化文件(delta file)，其中，变化文件包括从构建文件210的变化。在一些实施例中，构建文件210包括第一构建参数，例如熔体池尺寸或熔体池温度分布。变化文件包括第二构建参数，例如第一扫描装置18(图1中示出)的功率和/或扫描速度。在这些实施例中，系统10与构建文件210结合使用变化文件以构建零件28。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置702生成制造零件28的过程的模型(也称作数字孪生)(例如，对激光的熔体池响应和对熔体池的传感器响应)。所述模型模拟制造零件28的过程。在示范性实施例中，可以从物理、数据拟合和/或其组合开发所述模型。在一些实施例中，所述模型包括来自构建文件210，来自构建212期间的传感器310、来自构建212完成之后的一个或多个检查214的信息。在一些另外的实施例中，所述模型包括来自零件28的多个构建的信息。所述模型还包括上面描述的多个几何形状。在一些实施例中，可使用过程测量值调节和/或适应所述模型。所述模型通常接收构建参数输入(激光功率、扫描装置的速度、CAD几何形状)，并预测过程的响应(例如熔体池和传感器)。在这些实施例中，前馈控制计算机装置602可使用模型中的信息模拟零件28的构建212。前馈控制计算机装置602还能够进一步模拟对构建参数的变化带来的结果。
图12、图13和图14是包括动态地适应用于增材制造一个或多个零件的构建、构建参数和/或构建文件的装置的其它示范性系统和方法的示意图。作为一个实例，装置1200可用来执行一种方法，所述方法用于调节增材制造具有期望的最终形状的零件的设计好的形状。所述方法部分上使增材制造系统能在构建之前、之中或之后使用例如DMLM系统1214补偿或调节在增材制造过程期间可能发生的几何形状畸变或其它变化。例如，可使用可以与CAD或虚拟模型1202(例如标称CAD模型)关联的构建文件制作物理零件。可在构建之前、之中或之后测量或以其它方式确定并用电子方式存储期望的物理或数字零件的特性和物理特征。可使用各种手段1206用数字方式、物理方式或虚拟地做出测量或其它确定1204，所述手段包括但不限于检查/气象，计算机断层成像，X射线，磁共振，超声，光，电子，射频，照相和扫描。不加限制，手段1206可以是装置1200的整体部分或者与装置1200通信，或者可以是单独的装置。物理或数字零件的特性和特征的测量或其它确定可在构建过程之前、之中或之后与标称CAD模型或已知的特性或特征比较，以识别差或偏差，例如，几何形状的不同和材料的不同。接着使用例如由几何形状差异或材料差异1208功能上引导的几何形状补偿函数1210，标称CAD模型或其它数字或虚拟模型可被修改/变形，例如作为CAD 1212，使得几何形状或其它特性或特征可在构建之前、之中或之后被补偿或另外被修改。在一些实施例中，基于修改生成部分或整个构建文件。在一些实施例中，不加限制，构建的部分或整个构建本身，以及一个或多个构建参数被直接地或者间接地修改。
装置1200可以被配置成作为构建过程或AM机器的局部或全部数字孪生或虚拟构建。装置1200、1300和1400可以是与一个或多个构建机器(例如，由参考线A、B和C指示的构建机器1214)分开的单独的装置。装置1200、1300和1400可以与构建机器直接或间接地通过通信手段通信，所述通信手段例如但不限于基于计算机的手段，硬连线或无线，通过移动存储器装置或云。
由装置1200、1300、1400使用的构建参数是用来控制一个或多个系统的一个或多个部件或另外构建零件的那些构建参数。构建参数将取决于使用的增材制造方法或系统及构造零件的材料。构建参数可包括以下的一个或多个：(不限于)功率、速度、定向、能源的位置、检流计、反射镜、扫描器、传感器、检测器、输送机、构建板和材料施加器和去除器。构建参数还可包括以下的一个或多个：(不局限于)由系统执行方法使用的材料，例如气体、气体压力和气体流动；熔体池尺寸和熔体池温度分布；构成零件本身的材料和中间零件材料；在构建期间施加材料的速度和方法；开始形状或零件的形状；和零件的中间构建形状。构建参数还可包括一个或多个(不局限于)几何形状、材料性质、过程屈服和零件和构建的功能特性。
装置1200可以被配置成作为构建零件的增材制造系统(例如构建机器1214)的整体部分或者与增材制造系统通信。例如，学习型反馈控制被用作物理机器上的初始构建参数，学习型反馈控制可以被配置成通过机器上的学习前馈控制或机器之外由虚拟构建细化任何特征或参数。
图13是动态地适应用于增材制造零件的构建或构建文件的另一示范性系统的示意图。可以使用例如如图中所示的装置1300，以修改构建文件并重新计算构建预测，使得与局部几何形状的顺应性或非顺应性有关的几何形状参数可以被确定。装置可包括构建预测工具。所述工具可以是基于有限元或规则的，预测量例如但不限于畸变或残余应力。这些量可用来修改构建文件，并重新计算构建预测。如这里使用的顺应性大体上指构建期间对局部几何形状变化的几何形状响应。可使用这些几何形状参数例如计算局部比例因子映射，局部比例因子映射可与测量数据结合使用以改进对后续构建的任何最终零件的畸变。所述系统可以迭代，例如直到在零件被构建之后预测的畸变小于公差阈值。所述参数可以基于真实的、虚拟的或人造的数据或信息或其组合。
图14是用于增材制造零件的写、创建、修改或适应构建或构建文件的另一示范性系统的示意图。可使用装置1400以例如动态地修改构建文件并重新计算构建预测。所述系统还可包括例如构建预测工具，其是基于有限元或规则的。可使用几何形状参数例如计算局部比例因子映射，局部比例因子映射可与预测的畸变结合以改进初始零件畸变。接着可与测量数据结合对例如后续或当前运行的构建使用比例因子映射，以进一步细化对后续构建的最终零件畸变。用于适应构建或构建文件的系统可使用任何类型的数据或信息。所述系统可在一个或多个零件正被构建时使用预先存在的真实的、虚拟的或人造数据或者信息、实时数据或信息或其组合并行地操作和/或迭代。所述系统还可以在构建之前或之后操作和/或迭代，以适应一个或多个后续的构建和/或一个或多个构建机器。构建机器可直接地或者无线地连接至装置1400，且可紧邻或远离装置1400定位，并且可通过云通信。
装置1200、1300或1400的任何一个或多个方法、特征或特性可与本文中公开的任何方法或系统组合。任何一个或多个方法和系统可包括单独的或与实时控制回路结合的虚拟控制回路，其中任一个可使用预先存在的、存储的、预测的和/或实时的数据或信息。信息可以是真实的、人造的或虚拟的。
装置1200、1300和1400可包括基于计算机的装置(computer-enabled device)，以为了制造零件，动态地创建或修改增材制造构建、构建参数或其组合的全部或一部分。装置可以与增材制造机器或使用一个或多个构建参数的多个机器直接或间接地通信。装置可以被配置成分析与零件或机器有关的构建信息，其中，构建信息的一部分属于与零件的预先存在的数据有关，并且其中，构建信息的一部分与为关于零件的非预先存在的数据的数据有关。非预先存在的数据是在由装置进行评估之前与零件的当前构建不关联的数据。
关于零件的预先存在或非预先存在的数据可包括但不限于构建参数、几何形状和与设计、材料、后处理、用途、修理、跟踪、材料性质、制程良率、功能特性和成本有关的数据以及这些类型的数据的组合。数据可以是真实的、人造的或者虚拟的，且可从或者通过真实、人造或虚拟源或源的组合得出。不存在的数据可以是在一个或多个零件的构建期间由一个或多个增材制造机器实时测量或感测的数据。
所述装置可以被配置成评估预先存在的数据和非预先存在的数据之间的一个或多个差是否会导致零件的偏差或零件的改进。偏差或改进可包括但不限于几何形状、材料性质、屈服、功能特性、构建成本、跟踪和安全性。所述评估可包括可以是迭代的虚拟控制回路。所述装置还可以被配置成基于一个或多个差异的评估自动地创建或修改零件的一个或多个构建参数。
图8是使用前馈控制系统600(图6中示出)动态地适应用于零件28(图1中示出)的增材制造的构建文件210(图2中示出)的示范性过程800的流程图。在示范性实施例中，过程800由前馈控制计算机装置602(图6中示出)执行。在其它实施例中，过程800由MC计算机装置302(图3中示出)执行。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置602存储802用于构建零件28的构建文件210，构建文件210包括多个几何形状，每个几何形状包括一个或多个构建参数。构建参数的实例包括但不限于激光装置14(图1中示出)的功率、第一扫描装置18的扫描速度、期望的熔体池尺寸和期望的熔体池温度分布。在示范性实施例中，零件28正由系统10(图1中示出)使用构建文件210主动地构建212(图2中示出)。前馈控制计算机装置602接收804来自当前正被构建212的零件28的第一几何形状的一个或多个传感器310(图3中示出)的传感器信息。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置602基于传感器信息确定806对第一几何形状的一个或多个构建参数的一个或多个调节。如上面描述的，前馈控制计算机装置602确定806对功率和/或第一扫描装置18的扫描速度的一个或多个调节，以改善该特定几何形状的构建。前馈控制计算机装置602识别808多个几何形状的待被构建的与第一几何形状相似的一个或多个后续几何形状。前馈控制计算机装置602基于一个或多个调节用一个或多个后续几何形状的一个或多个构建参数调节810构建文件210。前馈控制计算机装置602将经调节的构建文件210传输812到当前正在制造零件28的系统10。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置602接收正使用经调节的构建文件210被构建的相似几何形状的后续副本的后续传感器信息。前馈控制计算机装置602还基于后续的传感器信息调节一个或多个剩余的后续相似几何形状的一个或多个构建参数。例如，系统10构建212零件28中几何形状的第一副本。前馈控制计算机装置602对该特定几何形状确定构建参数的第一组调节。在系统10使用对构建参数的第一组调节以构建该几何形状的第二副本之后，前馈控制计算机装置602分析结果并进一步调节构建参数。前馈控制计算机装置602将经进一步调节的构建文件210传输构建参数系统10，以用于下一次系统10构建212该几何形状的另一副本。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置602比较来自第一几何形状的传感器信息和来自第二次正构建212几何形状的后续传感器信息。在一些实施例中，此第二次是在同一零件28的构建212过程中。在其它实施例中，第二次是在零件28的不同副本的后续构建212上。前馈控制计算机装置602比较第一几何形状的一个或多个构建参数和后续几何形状的一个或多个构建参数。前馈控制计算机装置602基于两个比较确定一个或多个调节。
在一些另外的实施例中，前馈控制计算机装置602接收来自系统10的对参数的一个或多个实时调节。在通过使用反馈控制218(图2中示出)构建212零件28的第一几何形状时，系统10做出一个或多个实时调节。前馈控制计算机装置602基于传感器信息和一个或多个实时调节，对第一几何形状的一个或多个构建参数确定一个或多个调节。
图9是使用前馈控制系统600(图6中示出)动态地适应用于零件28(图1中示出)的增材制造的构建文件210(图2中示出)的另一示范性过程900的流程图。在示范性实施例中，过程900由前馈控制计算机装置602(图6中示出)执行。在其它实施例中，过程900由MC计算机装置302(图3中示出)执行。在又一些另外的实施例中，过程900由前馈控制计算机装置702(图7中示出)执行。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置602存储902用于构建零件28的制造过程的模型，包括多个构建参数。构建参数可包括但不限于激光装置14(图1中示出)的功率、第一扫描装置18的扫描速度、期望的熔体池尺寸和期望的熔体池温度分布。在示范性实施例中，制造过程模型存储在数据库314中(图3中示出)。前馈控制计算机装置602接收904来自进行中的零件28的构建212(图2中示出)的熔体池22(图1中示出)的至少一个电流传感器读数的电流传感器信息。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置602基于当前的传感器信息确定906熔体池22的一个或多个属性。一个或多个属性可包括但不限于熔体池宽度、熔体池高度、熔体池温度分布、二维(2D)熔体池形状或任何其它可直接观察的属性。前馈控制计算机装置602计算908熔体池22的至少一个不可见属性。不可见属性代表不可直接观察的熔体池22的属性，例如但不限于熔体池深度和三维(3D)熔体池形状。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置602基于至少一个不可见属性、一个或多个属性和多个构建参数确定910经调节的构建参数。前馈控制计算机装置602将经调节的构建参数传输912到当前正制造零件28的机器，例如系统10。
在示范性实施例中，所述模型有效地模拟构建零件28的数字孪生的制造过程，包括关于材料、热特性和零件28的其它属性的信息。在一些实施例中，所述模型还包括来自完成后的零件28的检查214(图2中示出)的数据。在示范性实施例中，所述模型(数字孪生)还包括装置的所有运动对制造零件28的影响。这包括当激光熔化粉末来制造212零件28时，随时间需要的激光的路径和功率设置。在示范性实施例中，DMLM计算机装置306或MC计算装置302能够使用模型模拟零件28的构建。而且，在对制造零件28的过程进行调节时，也对模型进行调节。
在一些另外的实施例中，所述模型包括基于相似零件的之前构建的材料、热特性和零件28的其它属性。在这些实施例中，预处理计算机装置304接收针对新零件28的构建文件210。预处理计算机装置304分析构建文件210，并生成构建零件28的制造过程的模型，其中，制造过程模型基于所接收的构建文件210和来自历史构建的信息模拟零件28的构建。预处理计算机装置304使用所述模型模拟零件28的构建。在构建期间，历史信息允许模型被适应性修改以在构建期间象物理过程那样反应。例如，所述模型可基于激光设置和历史信息确定模拟的熔体池尺寸。基于历史信息，预处理计算机装置304能够基于其它零件过去被构建的方式，确定构建该零件将需要的功率的哪些变化。在一些另外的实施例中，预处理计算机装置304基于在制造期间用一次构建的结果馈送到模型中以用于下一次构建而做出的调节反复模拟构建零件28。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置602生成所述模型。前馈控制计算机装置602存储用于构建零件28的构建文件210，包括多个构建参数。前馈控制计算机装置602接收多个构建信息。多个构建信息的每组构建信息包括由机器使用构建文件210构建零件的传感器信息。前馈控制计算机装置602基于构建文件210和多个构建信息生成针对零件28的制造过程的模型。在一些另外的实施例中，前馈控制计算机装置602接收来自零件28的另外的构建的多个传感器信息，并基于所接收的多个传感器信息更新制造过程模型。
图10是使用前馈控制系统700(图7中示出)动态地适应用于零件28(图1中示出)的增材制造的构建文件210(图2中示出)的示范性过程1000的流程图。在示范性实施例中，过程1000由前馈控制计算机装置702(图7中示出)执行。在其它实施例中，过程1000由MC计算机装置302(图3中示出)执行。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置702存储1002用于构建212(图2中示出)零件28的构建文件210，构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括第一构建参数的一个或多个值。在示范性实施例中，第一构建参数包括期望的熔体池尺寸和期望的熔体池温度分布的至少一个。前馈控制计算机装置702接收1004系统10(图1中示出)使用构建文件210构建212零件28的传感器信息。前馈控制计算机装置702将对于多个几何形状的每个几何形状的传感器信息与对于这些几何形状的第一构建参数的对应的一个或多个值比较1006，以确定一个或多个差。
基于一个或多个差，前馈控制计算机装置702对每个几何形状确定1008第二构建参数的一个或多个值。构建参数的实例包括但不限于激光装置14(图1中示出)的功率和第一扫描装置18的扫描速度。前馈控制计算机装置702生成1010用于零件28的更新的构建文件210，包括用于第二构建参数的一个或多个值。前馈控制计算机装置702将更新的构建文件210传输1012到系统10以用于制造。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置702接收来自系统10使用更新的构建文件210后续构建零件28的后续传感器信息。前馈控制计算机装置702比较对于多个几何形状的每个几何形状的后续传感器信息与第二构建参数的对应的一个或多个值，以确定一个或多个另外的差。前馈控制计算机装置702基于一个或多个另外的差对于每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个更新值。前馈控制计算机装置702生成用于零件的进一步更新的构建文件，包括对于第二构建参数的一个或多个更新值。前馈控制计算机装置702将进一步更新的构建文件传输到系统10。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置702接收来自系统10的对参数的一个或多个实时调节。在通过使用反馈控制218(图2中示出)构建212零件28期间，系统10做出了一个或多个实时调节。前馈控制计算机装置702基于一个或多个差和一个或多个实时调节对于每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个更新值。
在一些另外的实施例中，前馈控制计算机装置702比较构建文件210中的多个几何形状以确定相似的几何形状的至少一个子集。前馈控制计算机装置702对于几何形状的子集之一确定对于第二构建参数的一个或多个更新值。前馈控制计算机装置702将确定的一个或多个更新值应用到在更新的构建文件210中几何形状的子集的每次出现。
在一些实施例中，第一构建参数存储在构建文件210中，第二构建参数存储在变化文件中。构建文件210和变化文件两者都传输到系统10以制造零件28。
图11是使用前馈控制系统700(图7中示出)动态地适应用于零件28(图1中示出)的增材制造的构建文件210(图2中示出)的另一示范性过程的流程图。在示例性实施例中，过程1100由前馈控制计算机装置702(图7中示出)执行。在其它实施例中，过程1100由MC计算机装置302(图3中示出)执行。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置702存储1102用于构建212(图2中示出)零件28的构建文件210，包括一个或多个构建参数。例如，构建参数可包括以下的至少一个：激光装置14(图1中示出)的功率、第一扫描装置18的扫描速度、期望的熔体池尺寸和期望的熔体池温度分布。前馈控制计算机装置702接收1104多个构建信息。每组构建信息包括由多个系统10(图1中示出)之一使用构建文件210构建零件28的传感器信息。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置702将多个传感器信息与一个或多个构建参数比较以确定一个或多个差。例如，如果构建参数是期望的熔体池尺寸，则传感器信息显示实际的熔体池尺寸，前馈控制计算机装置702能够确定期望的熔体池尺寸和实际的熔体池尺寸之间的差。从一个或多个差，前馈控制计算机装置702确定1108对一个或多个构建参数的一个或多个调节以校正一个或多个差。
例如，前馈控制计算机装置702比较1106在两个不同的系统10上四次不同地构建212零件28的传感器信息。前馈控制计算机装置702基于对应的传感器信息确定每次构建的差。前馈控制计算机装置702比较各种差以确定哪些差表明构建文件210有问题，哪些差只出现一次(例如，一次性事件)以及哪些差是特定于系统10的。基于表明构建文件210有问题的各差异，前馈控制计算机装置702确定1108对一个或多个构建参数的一个或多个调节以校正和/或改善零件28的制造。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置702基于一个或多个调节生成1110更新的构建文件210。前馈控制计算机装置702将更新的构建文件210传输1112到至少一个系统10以用于制造。
在一些实施例中，每组构建信息还包括来自系统10的对于该构建212的构建参数的一个或多个实时调节。在通过使用反馈控制218(图2中示出)构建212零件28期间，系统10做出了一个或多个实时调节。前馈控制计算机装置702把来自每个构建的实时调节与对于对应构建212的传感器信息做比较。前馈控制计算机装置702基于所述比较确定对所述构建参数的一个或多个调节。例如，如果每次系统10构建特定部分时，系统10必须提高功率水平以达到期望的熔体池尺寸，则前馈控制计算机装置702确定1108校正此差异的一个或多个调节。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置702基于多个传感器信息与一个或多个构建参数的比较确定一个或多个趋势。趋势的实例包括但不限于一个或多个差异的变化的持续速率，一个或多个差异的持续偏差和/或某种其它持续观察结果。前馈控制计算机装置702基于一个或多个趋势确定对一个或多个构建参数的一个或多个调节。
在一些实施例中，多个构建信息包括来自第一系统10和第二系统10的构建信息。前馈控制计算机装置702确定哪个构建信息与第一系统10关联，哪个构建信息与第二系统10关联。前馈控制计算机装置702比较两组构建信息以确定与构建参数的哪些差异与机器无关，与构建参数的哪些差异与特定机器关联。在一些实施例中，前馈控制计算机装置702基于多个构建212的趋势确定这些差异。前馈控制计算机装置702基于与机器无关的差异确定要做出的一个或多个调节。前馈控制计算机装置702基于与机器无关的差异生成更新的构建文件210。前馈控制计算机装置702还基于更新的构建文件210和特定于第一系统10的差异，生成特定于第一系统10的第一机器构建文件210。前馈控制计算机装置702还基于更新的构建文件210和特定于第二系统10的差异，生成特定于第二系统10的第二机器构建文件210。前馈控制计算机装置702将第一机器构建文件210传输到第一系统10以用于构建零件28。前馈控制计算机装置702将第二机器构建文件210传输到第二系统10以用于构建零件28。前馈控制计算机装置702把更新的构建文件210传输到没有机器特定的构建文件210的任何系统10。
在一些实施例中，构建文件210包括多个几何形状，每个几何形状包括构建参数的一个或多个值。前馈控制计算机装置702比较多个几何形状，以确定相似的几何形状的至少一个子集。前馈控制计算机装置702分析与几何形状的每个子集关联的一个或多个构建参数以及与几何形状的每个子集关联的多个传感器信息。基于所述比较，前馈控制计算机装置702对几何形状的子集确定一个或多个更新的构建参数。前馈控制计算机装置702生成更新的构建文件210，其包括对于几何形状的每个子集的一个或多个更新的构建参数。例如，前馈控制计算机装置702分析在零件28的所有构建212上特定几何形状的每次出现。基于该分析，前馈控制计算机装置702对于特定几何形状确定更新的构建参数。前馈控制计算机装置702生成更新的构建文件210，其中，用更新的构建参数更新每次出现的特定几何形状。
在一些实施例中，第一构建参数存储在构建文件210中，第二构建参数存储在变化文件中。构建文件210和变化文件两者都传输到系统10以制造零件28。
上面描述的方法和系统提供了基于零件的构建的性能动态地适应零件的增材制造的方法。具体讲，本文中描述的实施例包括计算装置，其被配置成接收关于零件的构建的信息，并生成更新的构建文件以改进零件的构建。计算装置使用传感器数据更新构建文件，以提高成品零件的质量。计算装置将构建文件分成若干几何形状，其中，构建文件可包括相同几何形状的多个副本，并基于该几何形状的之前构建更新相同几何形状的每个副本。在一些实施例中，在零件正被构建时，计算机装置实时地更新构建文件。在其它实施例中，在零件完成之后，计算机装置更新构建文件。本文中描述的系统和方法允许降低为获得可接受的或理想零件必须构建零件的次数。
本文中所描述的方法、系统和设备的示范性技术效果包括以下各项中的至少一项：(a)改进零件的构建计划；(b)降低由于制造造成的零件中的缺陷；(c)确定被用来制造零件的不同机器的差异并解决此差异；(d)降低为确定构建零件的适当设置所需的迭代次数；以及(e)在构建未来的零件时使用在构建以前的零件时学习到的教训。
用于动态地适应零件的增材制造的方法、系统和设备的示例性实施例不限于本文所述具体实施例，相反，系统的部件和/或方法的步骤可以相对于本文所述其它部件和/或步骤独立地和单独地使用。举例来说，所述方法也可结合用于使用具有多个输入的机器制造零件的其它系统来使用，且不限于仅用本文中所描述的系统和方法来实践。相反，示范性实施例可结合可受益于动态构建文件的许多其它应用、设备和系统实施和使用。
尽管本公开的各种实施例的具体特征可在一些附图中示出而不在其它附图中示出，但这仅仅是为了方便。根据本公开的原则，附图的任何特征可以与任何其它附图的任何特征组合引用和/或要求保护。
一些实施例包括使用一个或多个电子装置或计算装置。此类装置通常包括处理器、处理装置或控制器，例如通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理(DSP)装置和/或能够执行本文中所描述的功能的任何其它电路或处理装置。本文中所描述的方法可被编码为在非限制性地包括存储装置和/或存储器装置的计算机可读媒体中体现的可执行指令。此类指令当由处理装置执行时使处理装置进行本文中所描述的方法的至少一部分。以上实例仅为示范性的，且因此不希望以任何方式限制术语处理器和处理装置的定义和/或含义。
另外，本文中讨论的计算机系统可包括更多、更少或替代性功能，包括在本文中其它地方讨论的功能。本文中讨论的计算机系统可包括存储在非暂时性计算机可读媒体或介质上的计算机可执行指令，或者通过所述的可执行指令实施。
可使用监督式或无监督式机器学习训练处理器或处理元件，机器学习程序可使用神经网络，神经网络可以是卷积神经网络、深度学习神经网络或在两个或两个以上领域或感兴趣区域学习的组合的学习模块或程序。机器学习可涉及识别并认识现有数据中的模式，以便促进对后续数据做出预测。可基于实例输入创建模型，以便对新输入做出有效和可靠的预测。
此外或替代性地，可通过将样本数据集或某些数据(例如图像、移动装置、车辆远程信息处理、自主车辆和/或智能家居远程信息处理数据)输入到程序中来训练机器学习程序。机器学习程序可利用深度学习算法，深度学习算法可以主要集中在模式识别上，且可在处理多个实例之后被训练。机器学习程序可包括个别的或者组合的贝叶斯程序学习(BPL)、语音识别和分析、图像或对象识别、光学特性识别和/或自然语言处理。机器学习程序还可包括自然语言处理、语义分析、自动推理和/或机器学习。
在监督式机器学习中，可以给处理元件提供实施输入和其关联的输出，且可寻求发现将输入映射到输出的通用规则，使得当提供后续的新输入时，处理元件可基于发现的规则准确地预测正确的输出。在无监督式机器学习中，可要求处理元件在未标记的实例输入中找到其自己的结构。在一个实施例中，可使用机器学习技术从装置细节、传感器、制造后检查信息、图像数据和/或其它数据中提取关于构建文件、成品部件和构建过程的数据。
在一个实施例中，通过给处理元件提供构建文件和检查信息的大样本，可训练处理元件。
基于这些分析，处理元件可以学习如何识别特性或模式，这些特性和模式接着可被应用于分析传感器数据、认证数据、图像数据、装置数据和/或其它数据。例如，处理元件可以学习基于特定的几何形状调节制造参数。处理元件还可以学习如何基于所接收的传感器数据的不同对特定机器识别可能困难的几何形状的不同类型。处理元件还可学习如何防止将缺陷引入到部件的制造中。结果，在制造时或者在制造之前，提供适于零件、机器和被使用的材料的更新的构建文件。
尽管本公开的各种实施例的具体特征可在一些附图中示出而不在其它附图中示出，但这仅仅是为了方便。根据本公开的原则，附图的任何特征可以与任何其它附图的任何特征组合引用和/或要求保护。
本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的实施例，并且还使所属领域的技术人员能够实践所述实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本公开的可获专利的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么此类其它实例希望在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于动态地适应零件的增材制造的制造计算机装置，所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器，所述至少一个存储器装置存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括第一构建参数的一个或多个值，所述制造计算机装置被配置成：
接收机器使用所述构建文件构建所述零件的传感器信息；
对于所述多个几何形状的每个几何形状，将传感器信息与所述第一构建参数的对应的一个或多个值比较，以确定一个或多个差；
基于所述一个或多个差为每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个值；以及
生成用于所述零件的更新的构建文件，所述更新的构建文件包括所述第二构建参数的一个或多个值。
2.根据权利要求1所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
使用所述更新的构建文件，接收来自所述零件的后续构建的后续传感器信息；
对于所述多个几何形状的每个几何形状，将所述后续传感器信息与所述第二构建参数的对应的一个或多个值比较，以确定一个或多个另外的差；
基于所述一个或多个另外的差，对每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个更新值；
对所述零件生成进一步更新的构建文件，所述进一步更新的构建文件包括所述第二构建参数的一个或多个更新值；以及
将所述进一步更新的构建文件传输到所述机器。
3.根据权利要求1所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
接收来自所述机器的对所述第一构建参数的一个或多个实时调节，其中，所述一个或多个实时调节由所述机器在构建所述零件时做出；以及
基于所述一个或多个差和所述一个或多个实时调节，对每个几何形状确定所述第二构建参数的所述一个或多个更新值。
4.根据权利要求1所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成分析所述构建文件以确定构成所述构建文件的多个几何形状。
5.根据权利要求4所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
比较所述多个几何形状，以确定相似的几何形状的至少一个子集；
为所述几何形状的子集之一确定所述第二构建参数的一个或多个更新值；以及
将所确定的一个或多个更新值应用到所述更新的构建文件中几何形状的子集的每次出现。
6.一种用于动态地适应零件的增材制造的系统，所述系统包括：
增材制造机器，所述增材制造机器被配置成基于构建文件构建所述零件；
多个传感器，所述多个传感器被配置成监测所述零件的构建；以及
制造计算机装置，所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器，所述制造计算机装置被配置成：
存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括第一构建参数的一个或多个值；
接收来自所述多个传感器的由所述增材制造机器使用所述构建文件构建所述零件的传感器信息；
对于所述多个几何形状的每个几何形状，将传感器信息与所述第一构建参数的对应的一个或多个值比较，以确定一个或多个差；
基于所述一个或多个差为每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个值；
生成用于所述零件的更新的构建文件，所述更新的构建文件包括所述第二构建参数的一个或多个值；以及
将所述更新的构建文件传输到所述增材制造机器。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述增材制造机器被配置成使用所述更新的构建文件构建后续的零件，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
接收由所述增材制造机器使用所述更新的构建文件对所述零件进行的后续构建的后续传感器信息；
对于所述多个几何形状的每个几何形状，将所述后续传感器信息与所述第二构建参数的对应的一个或多个值比较，以确定一个或多个另外的差；
基于所述一个或多个另外的差，对每个几何形状确定第二构建参数的一个或多个更新值；
生成用于所述零件的进一步更新的构建文件，所述进一步更新的构建文件包括所述第二构建参数的一个或多个更新值；以及
将进一步更新的构建文件传输到所述增材制造机器。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述增材制造机器被配置成：
使用所述更新的构建文件构建后续零件；
接收来自所述多个传感器的传感器信息；
基于所述传感器信息确定所述第二构建参数的一个或多个实时调节；以及
将对一个或多个当前制造参数的第二构建参数的一个或多个实时调节传输到所述制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
接收来自所述增材制造机器的所述第二构建参数的一个或多个实时调节；以及
基于所述一个或多个差和所述一个或多个实时调节，对每个几何形状确定所述第二构建参数的一个或多个更新值。
9.一种用于动态地适应零件的增材制造的制造计算机装置，所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器，所述至少一个存储器装置存储用于构建所述零件的构建文件，所述构建文件包括多个几何形状，每个几何形状包括一个或多个构建参数，所述制造计算机装置被配置成：
接收来自正进行所述零件构建的正被构建的第一几何形状的传感器信息；
基于所述传感器信息确定对所述第一几何形状的一个或多个构建参数的一个或多个调节；
识别多个几何形状的待被构建的与所述第一几何形状相似的一个或多个后续几何形状；以及
基于所述一个或多个调节，调节所述一个或多个后续几何形状的一个或多个构建参数。
10.根据权利要求9所述的制造计算机装置，其中，所述制造计算机装置还被配置成：
接收正被用所述经调节后的一个或多个构建参数构建的后续几何形状的后续传感器信息；
基于所述后续传感器信息进一步调节一个或多个剩余的后续几何形状的一个或多个构建参数，以进一步调节所述一个或多个构建参数；以及
将所述经进一步调节后的一个或多个构建参数传输到当前制造所述零件的机器。
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